(57)【要約】【課題】  浸漬リソグラフィ装置および方法を提供すること。【解決手段】  同一圧力の異なる流体内における、光学システムの少なくとも投影光学系とウェハに浸漬リソグラフィを実行するリソグラフィック光学カラム構造を開示する。特に、同一圧力にて超臨界流体をウェハ周囲に導入し、そして例えば不活性ガスといった別の流体を光学システムの少なくとも投影光学系に導入することにより、特別なレンズを必要としない浸漬リソグラフィ装置を含む。さらに本発明は、露光されるウェハおよび光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントを囲んだ、超臨界浸漬流体が充填されるチャンバを具備する。【選択図】  図１
2006344960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを保持するように構成された第一チャンバであって、前記第一チャンバには圧力をかけて第一流体が充填されている、第一チャンバと、
前記第一チャンバの上に配置され、前記ウェハに放射線を投影する光学システムの少なくとも一つの投影光学コンポーネントを含んだ第二チャンバとを含み、
前記該第二チャンバに前記第一流体とは異なる第二流体が実質的に前記圧力にて充填されている
浸漬リソグラフィ装置。
【請求項２】
放射線が前記第一チャンバと前記第二チャンバ間を通過可能にする窓をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一流体は超臨界状態のキセノン（Ｘｅ）を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記キセノン（Ｘｅ）は圧力が約６３気圧であり、温度が２３&#730;Cよりも高温である請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第二流体は不活性ガスを含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）と窒素（Ｎ２）の少なくとも一方を含む請求項５に記載の装置。
【請求項７】
各チャンバの圧力調整を行うように構成された少なくとも１つの圧力調整器をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第二チャンバには前記光学システムの前記投影光学コンポーネントのみを含み、前記光学システムの残りの部分から前記投影光学コンポーネントまで光が通過可能にする耐圧窓をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ウェハの出入を可能にする第一チャンバのための第一ロードロックと、前記光学システムのマスクの出入を可能にする第二チャンバのための第二ロードロックとをさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記圧力は約６３気圧である請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
光学システムを含む浸漬リソグラフィ・ツールを用いてウェハに浸漬リソグラフィを施す方法であって、
第一圧力で第一超臨界流体が充填された第一チャンバ内にウェハを配置するステップと、
前記第一流体とは異なり、前記第一圧力と実質的に等しい第二圧力で第二流体が充填された第二チャンバ内に、前記光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントを配置するステップと、
前記光学システムを用いて放射線を投影してウェハ上にパターンを露光するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記第一チャンバと前記第二チャンバ間を、放射線が通過可能にする窓を設けるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一流体は超臨界キセノン（Ｘｅ）を含み、前記第一圧力は約６３気圧であって、前記第一チャンバの温度は２３&#730;Cよりも高温である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二流体は、ヘリウム（Ｈｅ）と窒素（Ｎ２）の少なくとも一方を含有するガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
各チャンバの前記圧力の調整を行うように構成された少なくとも１つの圧力調整器を設けるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二チャンバには前記光学システムの前記投影光学コンポーネントのみを含み、光が前記光学システムの残りの部分から前記投影光学コンポーネントまで通過可能にする耐圧窓を設けるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
露光されるウェハと、前記ウェハ上に放射線を投影する光学システムの少なくとも一つの投影光学コンポーネントとを封入するように構成されたチャンバを含み、前記チャンバには超臨界浸漬流体が充填されていることによって、前記光学システムの少なくとも一つの前記投影光学コンポーネントが前記超臨界浸漬流体に浸漬される
浸漬リソグラフィ装置。
【請求項１８】
前記超臨界浸漬流体は、圧力が約６３気圧で、温度が２３&#730;Cよりも高温の超臨界キセノン（Ｘｅ）を含む請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記チャンバは前記光学システムの前記投影光学コンポーネントのみを封入し、光が前記光学システムの残りの部分から前記投影光学コンポーネントまで通過可能にする耐圧窓をさらに含む請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記チャンバは前記光学システム全体を封入し、前記チャンバは前記光学システムのマスクの出入を可能にする前記チャンバのためのロードロックをさらに含む請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体製造に関するものであり、より詳細には、浸漬リソグラフィ装置および方法、そして、同一圧力下で光学システムの少なくとも投影光学系とウェハに浸漬リソグラフィを実行するリソグラフィック光学カラム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
より小さい半導体デバイスの製造を試みる継続的な研究において、現在、半導体製造業界では、ドライ・フォトリソグラフィよりもむしろ浸漬（immersion）フォトリソグラフィに関連して追求がなされている。例えば、該業界における現在の焦点は、１５７ナノメータ（ｎｍ）の浸漬フォトリソグラフィを達成する観点から、ドライ１５７ｎｍ波長リソグラフィ技術から浸漬（ウェット）１９３ｎｍ波長リソグラフィ技術にシフトしている。浸漬フォトリソグラフィのアプローチは、リソグラフィ・ツールにおける最終投影レンズとウェハ間のスペースを、従来の流体、すなわち空気よりも高い屈折率（ｎ）を有する流体にて充填することを含む。屈折率が増加すると、光リソグラフィ・ツールの開口数（ＮＡ）も増加する。開口数の増加により、パターン転写処理における解像度が増加し、したがって小さいデバイスの実現可能性が増加する。
【０００３】
１つのアプローチにおいて、使用される流体は、空気よりも高い屈折率を可能にする水（例えば、空気のｎ＝１、水のｎ＝１．４４）といったような液体である。あいにく、浸漬リソグラフィの１５７ｎｍ波長までの拡張は、液浸材料として使用可能な透過液体媒体がないことから複雑であり、例えば水は１５７ｎｍ光を吸収する。このアプローチにおける他の課題に、露光時の液体中の気泡、不適切な湿潤（wetting）、水の汚染、および複雑さといったこれらの回避を含む。とりわけ透過性の問題の解決を試みる他のアプローチに、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒによる米国特許番号第５，９００，３５４号に開示されているような超臨界流体（supercritical fluid）の使用がある。この引例に開示されている１つの流体は、１５７ｎｍで透過し、かつ、１．３８の屈折率を有するキセノン（Ｘｅ）であり、これは浸漬用途に適しており、室温にて超臨界状態を形成する。このアプローチでは１５７ｎｍにて適切な光の透過を可能にし、液浸システムにおける気泡形成問題も解消することから期待がもたれる。しかし、超臨界流体浸漬システムの広範囲に及ぶ実現化への課題は、超臨界状態を得るためにリソグラフィ光学素子を変形させる高い圧力（例えば６０気圧以上）を必要とすることにある。例えば、上述のデバイスは高圧超臨界流体と外気と間の転位（転置）に光学素子２６（上記引例の図２）を必要とする。
【特許文献１】米国特許第５，９００，３５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の理由から、従来技術において関連技術の問題を回避する浸漬リソグラフィ装置および方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は特に浸漬リソグラフィ装置および方法を提供することにより上述の問題を解決し、同一圧力の異なる流体内における、光学システムの少なくとも投影光学系とウェハに浸漬リソグラフィを実行するリソグラフィック光学カラム（optical column）構造を開示する。特に、同一圧力にて超臨界流体をウェハ周囲に導入し、そして例えば不活性ガスといった別の流体を光学システムの少なくとも投影光学系に導入することにより、大きな圧力差に耐え得て、特別なレンズを必要としない浸漬リソグラフィ装置を提供する。さらに本発明は、露光されるウェハおよび光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントを封入した、超臨界浸漬流体が充填されるチャンバを具備する。
【０００６】
本発明の第一態様は浸漬リソグラフィ装置を対象とし、該装置は、圧力をかけて第一流体が充填され、ウェハを保持するように構成された第一チャンバと、第一チャンバの上に配置され、ウェハ上に放射線を投影する光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントを含んだ第二チャンバを含む。該第二チャンバには、第一流体とは異なり、第二流体が実質的に第一流体と同圧力で充填されている。
【０００７】
本発明の第二態様は、光学システムを含む浸漬リソグラフィ・ツールを用いてウェハに浸漬リソグラフィを実行する方法であって、該方法は、第一圧力にて第一超臨界流体が充填された第一チャンバ内にウェハを配置するステップと、第一流体とは異なる第二流体が充填された、第一圧力と実質的に等しい第二圧力の第二チャンバ内に光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントを配置するステップと、光学システムにより、放射線を投影してウェハにパターンを露光するステップとから成る。
【０００８】
本発明の第三態様は浸漬リソグラフィ装置に関するもので、該装置は、露光されるウェハと、ウェハ上に放射線を投影する光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントとを封入するように構成されたチャンバを含み、該チャンバには超臨界浸漬流体が充填されていることによって、光学システムの少なくとも投影光学コンポーネントが超臨界浸漬流体に浸漬される。
【０００９】
本発明の実施形態のより詳細なる以下の説明において、本発明の前述の特徴および他の特徴が明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次の図面を参照に本発明の実施形態を詳述する。ここで同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
添付の図面を参照に説明すると、図１は、本発明に従う浸漬リソグラフィ装置１００の第一実施形態を示したものである。装置１００は、装置１００と一緒に記載されるリソグラフィク光学カラム構造１０２を含む。図１に示すように、装置１００は第一チャンバ１０４および第二チャンバ１０６を含む。第一チャンバ１０４は、ウェハ１１０に放射線を投影する、現在公知の、もしくは後に開発される光学システム１２０にて照射されるウェハ１１０を保持するように構成されている。図示の光学システム１２０は特に、投影光学コンポーネント１２２、マスク１２４、コンデンサ１２６、および照明装置（illuminator）１２８を含む。第一チャンバ１０４も、エンクロージャ１３０、ウェハ・テーブル１３２、ウェハ・ステージ１３４、およびロードロック１３６といった従来の自動ウェハ支持構造を含む。ロードロック１３６はゲート弁、支持テーブル、搬送ロボット等といった従来の構造を含んでウェハ１１０の出入（ingress/egress）を可能にする。
【００１１】
第一チャンバ１０４には圧力Ｐ１にて第一流体１４０が充填されている。一実施形態において、第一流体１４０は、例えば約６３気圧、かつ気温２３&#730;Ｃ以上にて超臨界状態のキセノン（Ｘｅ）を含む。しかし、第一流体１４０は、浸漬リソグラフィに使用される現在周知の、あるいは後に開発される超臨界材料を含み得る。超臨界流体１４０は米国特許第５，９００，３５４号に記載されているような浸漬リソグラフィを可能にする。
【００１２】
第二チャンバ１０６は、光学システム１２０の少なくとも投影光学コンポーネント１２２を封入するエンクロージャ１５０を含む。ここで第二チャンバ１０６を第一チャンバ１０４の上に配置して示しているが必ずしもこのようである必要はない。第二チャンバ１０６には第一流体１４０とは異なる第二流体１６０が充填されている。一実施形態において、第二流体１６０は、ヘリウム（He）または窒素（N2）あるいはその両方といったような不活性ガスを含む。第二流体１６０は第一圧力P1にほぼ等圧である第二圧力P2（すなわちP2=P1）状態にある。このやり方で第一チャンバ１０４と光学システム１２０間に特別なレンズを必要としない。また、少なくとも１つの圧力調整器（レギュレータ）１９０が配備されて、各チャンバ１０４、１０６の圧力の調整を行う。
【００１３】
図１に示す実施形態において、光学システム１２０の全部が第二チャンバ１０６内に配備される。この構造においてはまた別のロードロック１７０を必要とする。すなわち、ゲート弁、支持テーブル、搬送ロボット等の従来の構造を含んでマスク１２４の出入を可能にする。また、チャンバ１０４、１０６間の放射線の通過を可能にする窓１８０が設けられる。しかし、圧力P1とP2がほぼ等圧であることから、第一チャンバ１０４と光学システム１２０間には特別なレンズを必要としない。図２に示す別の望ましい実施形態において、第二チャンバ２０６内に投影光学コンポーネント１２２のみを含む浸漬リソグラフィ装置１０１が提供される。ここでも窓１８０が設けられて、チャンバ１０４、２０６間の放射線の通過を可能にするが、圧力P1およびP2がほぼ等圧であることから、第一チャンバ１０４と投影光学コンポーネント１２２間には特別なレンズを必要としない。マスク１２４が大気圧下にあることから、この実施形態では第二ロードロック１７０（図１）は必要なくなる。しかし、本実施形態においては、大気圧と第二チャンバ１０６間に、圧力差に耐え得る耐圧窓１８２を設けなくてはならない。
【００１４】
いくつかの高開口数（NA）光学システムにおいては、光線を屈曲させるために使用するミラーと共に反射屈折（catadioptric）レンズが使用されて、チップパターンの空間像を形成する。光を屈曲させるのにミラーが用いられる場合、空間像の形成にレンズ間の流体の屈折率は重要なファクタではない。一方、屈折光学においては、光線がレンズから透過媒体に通過する際の光線の屈曲が、空間像の形成に重要な役割を果たす。上に記載の実施形態によって達成されるようなカラム１０２における圧力バランスにより、空間像を劣化しうる圧力誘起によるカラムへの歪みが回避され、しかも依然、ウェハ露光領域すなわち第一チャンバ１０４の超臨界流体１４０によって浸漬レンズを形成し得る。場合により、屈折光学システムの要求に合致するように超臨界流体の屈折率を容易には変え得ない。この場合、より光学的要求に合致する屈折率を有する窒素あるいはヘリウムといったような他のガス／流体が光学カラムにおいて使用され得る。超臨界キセノン流体がウェハ・チャンバ内に依然存在して、露光光が光学カラムを出る際にその光の屈折を少なくする。
【００１５】
本発明はまた、光学システム１２０を含む浸漬リソグラフィ装置１００を用いて、ウェハ１１０に浸漬リソグラフィを実行する方法を含む。該方法は、第一圧力P1(例えば約６３気圧)で第一超臨界流体１４０（例えば２３&#730;Cよりも高温の超臨界キセノン（Ｘｅ））が充填された第一チャンバ１０４内にウェハ１１０を配置して、そして、第一流体１４０とは異なる、第一圧力P1にほぼ等しい第二圧力P2である第二流体１６０（例えばHeまたはN2あるいはこの両方であるような不活性ガス）が充填された第二チャンバ１０６に光学システム１２０の少なくとも投影光学コンポーネント１２２を配置することを含む。こうして、光学システム１２０を使用して、例えばある光線のような放射線を投影して、ウェハ１１０上にパターン（マスク１２４からの）を露光することができる。また、第一チャンバ１０４と第二チャンバ１０６間に窓１８０が設けられて放射線の通過を可能にする。
【００１６】
本発明はまた、超臨界状態にある超臨界流体１４０（例えば（Ｘｅ））に囲まれたウェハ１１０を保持するように構成された処理チャンバ１０４を含む、浸漬リソグラフィ装置１００のリソグラフィック光学カラム構造１０２を含む。構造１０２は特に、照明装置コンポーネント１２８、マスク１２４および投影光学コンポーネント１２２、超臨界流体１４０とは異なる光学流体１６０（例えば窒素またはヘリウムあるいはこの両方のような不活性ガスであるようなガスを含む）に少なくとも投影光学コンポーネント１２２を封入するための光学システムチャンバ１０６、及び、処理チャンバ１０４の圧力P1とほぼ等しい圧力P2にて少なくとも投影光学コンポーネントを保持する圧力調整器１９０とを具備する、ウェハ１１０上に放射線を投影する光学システム１２０を含む。
【００１７】
図３および図４を参照して、本発明の代替の第三実施形態および第四実施形態について詳述する。図３および図４に示しているように、第三実施形態および第四実施形態はそれぞれ浸漬リソグラフィ装置２００、３００を含み、ウェハ１１０を封入する１つのチャンバ２０４のみである（すなわち窓１８０（図１−図２）がない）ということ以外は、装置１００（図１）の全構造を含んでいる。図３および図４において、光学システム１２０の少なくとも投影光学コンポーネント１２２がチャンバ２０４内に封入され、ウェハ１１０上に放射線を投影する。図３は、光学システム１２０の全部がチャンバ２０４に封入された実施形態を示している。この場合、チャンバ２０４に上述のようなロードロック２７０が配備され、光学システム１２０のマスク１２４の出入を可能にする。図４は、光学システム１２０の投影光学コンポーネント１２２のみがチャンバ２０４内に封入された実施形態を示している。この場合、ロードロック２７０（図３）は必要とされないが、光学システムの残りの部分から投影光学コンポーネント１２２まで光を通過させる耐圧窓２８２が設けられる。
【００１８】
図１および図２とは異なり、図３および図４の実施形態では、チャンバ２０４を超臨界浸漬流体２４０にて充填することを含み、それによりウェハ１１０と共に光学システム１２０の少なくとも投影光学コンポーネント１２２が超臨界液浸流体に浸漬される。超臨界浸漬流体２４０は、上述のように、約６３気圧の圧力、かつ２３&#730;Cよりも高温の超臨界キセノン（Ｘｅ）、もしくは後に開発される超臨界浸漬流体を含み得る。少なくとも投影光学コンポーネント１２２における圧力は、ウェハ１１０上における圧力とほぼ等圧であることから、投影光学コンポーネント１２２とウェハ１１０間に特別なレンズを必要としない。上に述べたように、少なくとも１つの圧力調整器１９０を使用して、チャンバ２０４内の圧力の制御を行う。
【００１９】
浸漬リソグラフィ装置１００、１０１、２００、あるいは３００に関連する他の構造（例えばコントローラ、バルブ、振動制御等）は簡潔化のため省略したが、それらも本発明の部分とみなされることは当業者において理解されるべきである。
【００２０】
上に概要を述べた特定の実施形態とともに本発明について説明を行ったが、多くの代替案、修正、および変形が可能であることは当業者において明らかである。従い、上に述べたような本発明の実施形態は例示を意図し、制限を設けるものではない。請求項に明示する本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従う浸漬リソグラフィ装置の第一実施形態を示す。
【図２】本発明に従う浸漬リソグラフィ装置の第二実施形態を示す。
【図３】本発明に従う浸漬リソグラフィ装置の第三実施形態を示す。
【図４】本発明に従う浸漬リソグラフィ装置の第四実施形態を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１００、１０１、２００、３００：浸漬リソグラフィ装置
１０２：リソグラフィック光学カラム構造
１０４：第一チャンバ
１０６：第二チャンバ
１１０：ウェハ
１２０：光学システム
１２２：投影光学コンポーネント
１２４：マスク
１２６：コンデンサ
１２８：照明装置
１３０、１５０：エンクロージャ
１３２：ウェハ・テーブル
１３４：ウェハ・ステージ
１３６、１７０、２７０：ロードロック
１４０：第一流体
１６０：第二流体
１８０：窓
１８２、２８２：耐圧窓
１９０：圧力調整器
２０４：チャンバ
２０６：第二チャンバ
２４０：超臨界浸漬流体
【図１】
2006344960.tif 000003
【図２】
2006344960.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006344960.tif 000006